Abschätzen der Reaktionsenthalpie

Jede Reaktion ist von einem Energieumsatz begleitet. Die Reaktionsenthalpie ∆H (Delta H) ist die Wärmeenergie, die bei einer Reaktion abgegeben oder aufgenommen wird.

Ganz allgemein gilt, wenn ∆H positiv ist, dann ist die Reaktion endotherm bzw. wenn ∆H negativ ist, dann ist die Reaktion exotherm.

Bitte aufpassen, die Reaktionsenthalpie ist nicht dasselbe wie die Standardbildungsenthalpie ∆H°f. (Siehe Betrachtung im Energiediagramm unten)

Betrachtung im Energiediagramm

Betrachtung im Energiediagramm

Bitte siehe Bild "Betrachtung im Energiediagramm" (rechts)

Prinzip

Das Prinzip beruht auf dem Abschätzen vom Zusammenhang zwischen der Bindungsstärke und dem Energiegehalt eines Teilchens. Die Bindungsstärke bezieht sich auf die Bindung zwischen den Teilchen und die Bindungsenergie auf die Atome. Die Bindungsstärke kann stark oder schwach sein, die Bindungsenergie gross oder klein.

Grundlagen um abzuschätzen

Die Bindungen zwischen den Teilchen

• Die Ionenbindung (zwischen Nichtmetallen und Metallen)
• Die Elektronenpaarbindung (zwischen Nichtmetallen)
• Die Metallbindung (zwischen Metallen)

Die Ionenbindung

Die Ionenbindung besteht zwischen Nichtmetallen und Metallen. Sie ist der stärkste Bindungstyp und somit ist der Stoff, der eine Ionenbindung besitzt, sehr energiearm. Die Stoffe, die eine Ionenbindung haben, nennt man Salze.

Bei den Salzen muss auf die Ladung und die Grösse der Atome geachtet werden um die Bindungsstärke und den Energiegehalt abschätzen zu können.

Beispiel 1 : Ist Na⁺Cl^- oder Mg²⁺O^2- stärker miteinander verbunden?

→ Mg²⁺O^2- mit der Begründung, dass es eine mehrfach geladene Bindung ist

Beispiel 2 : Ist "o⁺o^-" oder "O⁺O^-" stärker miteinander verbunden?

→ "o⁺o^-" mit der Begründung, dass der Radius des Teilchens kleiner ist

Das alles lässt sich mithilfe des Coulombgesetzes erklären.

[ Coulombgesetz : F~(Q1*Q2)/r^2 ] wobei Q1 und Q2 die Ionenladungen der einzelnen Ionen sind und r der Ionenradius ist

Aus diesem Gesetz kann man Folgendes schliessen :

Je grösser die Ladung, desto stärker die Bindung.

Je kleiner der Radius, desto stärker die Bindung.

Die Elektronenpaarbindung

Die Elektronenpaarbindung besteht zwischen Nichtmetallen. Dieser Bindungstyp besitzt starke wie auch schwache Bindungen, somit kann der Stoff, der eine Elektronenpaarbindung besitzt, energiearm oder -reich sein. Die Stoffe, die eine Elektronenpaarbindung haben, nennt man Moleküle.

Bei den Molekülen muss auf die Polarität und die Einfach- bzw. Mehrfachbindung geachtet werden. (Die Polarität wird anhand der Elektronegativität ermittelt.)

Eine starke Bindung liegt vor, wenn das Molekül polar ist und eine Mehrfachbindung besitzt. Ein Stoff mit einer starken Bindung ist energiearm.

Beispiel zur Ermittlung der Polarität : EN von H₂O 3.5 - 2.1 = 1.4 = polar & EN von CO₂ 3.5 - 2.5 = 1.0 = polar

Beispiel Mehrfachbindung : N₂ hat eine Dreifachbindung

Eine schwache Bindung liegt vor, wenn das Molekül unpolar ist und eine Einfachbindung besitzt. Ein Stoff mit einer schwachen Bindung ist energiereich.

Beispiel zur Ermittlung der Polarität : EN von HI 2.5 - 2.1 = 0.4 = unpolar & alle Stoffe die gleiche Teile haben (H₂, N₂)

Beispiel Einfachbindung : H₂ hat eine Einfachbindung

(Die Grenze der Polarität liegt bei EN = 0.5, d.h. wenn die EN einer Bindung gleich oder grösser 0.5 ist, so ist die Bindung polar, liegt die EN unter 0.5, so ist die Bindung unpolar.)

Die Metallbindung

Die Metallbindung besteht zwischen Metallen. Sie ist der schwächste Bindungstyp und somit ist der Stoff, der eine Metallbindung besitzt, sehr energiereich. Die Stoffe, die eine Metallbindung haben, nennt man Metalle. Die Metalle sind im Allgemeinen sehr reaktiv, jedoch gibt es Ausnahmen, nämlich die Edelmetalle (zum Beispiel Gold oder Platin).

Bei Metallen muss darauf geachtet werden, ob es sich um ein Metall oder ein Edelmetall (rechte Spalte im Periodensystem) handelt.

Anwendung

Anwendung mithilfe Reaktionsgleichung

Bitte siehe zuerst Bild "Anwendung mithilfe Reaktionsgleichung" (rechts)

Wie man sieht, ist alles abhängig vom Bindungstyp, denn davon hängt ab, wie stark die Bindung bzw. wie gross der Energiegehalt des Stoffes ist und damit wird der Wert von ∆H bestimmt. Zusammengefasst ist zu sagen, dass wenn man weiss, was für eine Bindung vorliegt und dadurch den Energiegehalt der einzelnen Stoffe abschätzt, man ∆H ebenfalls abschätzen kann und somit entscheidet, ob eine Reaktion endo- oder exotherm verläuft.

Nutzen des Wertes ∆H

Der Wert von ∆H wird gebraucht um etwas über die Spontanität ∆G einer Reaktion sagen zu können.

Es gibt zwei Faktoren, die zu beachten sind, wenn man die Spontanität einer Reaktion betrachtet, nämlich die Energie und die Entropie ∆S. Die Energie wird durch ∆H definiert, d. h. anhand von ∆H kann man sagen, ob eine Reaktion endo- bzw. exotherm verläuft und anhand der Entropie lässt sich sagen, ob eine Reaktion wahrscheinlich ist oder nicht. Ist der Entropiewert gross, so ist der Zustand des entstehenden Stoffes wahrscheinlich, und umgekehrt, ist der Entropiewert klein, so ist der Zustand des entstehenden Stoffes unwahrscheinlich. Die Spontanität einer Reaktion wird noch durch einen dritten Faktor bestimmt, nämlich die Temperatur, bei deren die Reaktion abläuft.

Quellen

• Chemieunterlagen

Weblinks

• Swisseduc – Unterrichtsserver für Chemie